Какие свойства живого были присущи коацерватными каплями

Жизнь возникла на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Процесс этот был весьма длительным и постепенным. Современная наука полностью опровергла все мифы о внезапном «чудесном» появлении жизни. Уже достаточно полно можно представить себе те условия на нашей планете, при которых стало реально возникновение жизни. Основанием к этому послужили как представления о сущности жизни, так и современные данные о происхождении Земли. С учетом всех этих материалов и с применением биохимических методов советский ученый А. И. Опарин создал гипотезу о возникновении жизни, получившую сейчас широкое признание. Согласно этой гипотезе, сложный процесс возникновения жизни на Земле происходил следующим образом.

По мере остывания Земли конденсировались пары воды ив виде горячих ливней выпадали на ее поверхность, увлекая за собой находящиеся в атмосфере органические вещества. Эти вещества возникали в атмосфере за счет энергии электрических разрядов из молекул аммиака, метана, паров воды и водорода Образовался первичный океан с растворенными органическими веществами и углекислым газом.

Теплые воды первичного океана были благоприятной средой для осуществления различных химических реакций между растворенными в них органическими и неорганическими веществами. Специально проведенные эксперименты подтверждают возможность превращения в подобных условиях низкомолекулярных органических веществ в более высокомолекулярные. Поэтому синтетические процессы в первичном океане могли в конце концов привести и к образованию сложных белковоподобных веществ.

Дальнейший этап в развитии органических веществ — образование коацерватных капель. Коацерватные капли — это высокомолекулярные белковые образования, обособлявшиеся из раствора в виде коллоидных частиц. Они уже не смешивались с окружающим раствором, но были в состоянии адсорбировать из него отдельные вещества. Адсорбционная способность коацерватных капель также подтверждена биохимиками экспериментально. Эта адсорбционная способность и стала, по-видимому, начальным этапом обмена веществ в коацерватах. Так возник один из самых существенных признаков жизни — обмен веществ.

Рост коацерватных капель за счет поглощения веществ извне приводил к диспропорции между массой капли и силами сцепления между ее молекулами. Капля распадалась на несколько более мелких. Этот процесс стал необходимой предпосылкой для возникновения другого важного признака жизни — размножения. Однако размножение в современном понимании — это процесс, посредством которого организмы воспроизводят себе подобных. Распадение коацерватной капли еще не было процессом самовоспроизведения: «дочерние» капли могли оказаться очень различными по своему химическому составу. Многие из них распадались дальше и погибали. но некоторые росли вновь, становясь предшественниками будущих живых существ.

Последними достижениями биохимии и генетики показано, что функция самовоспроизведения тесно связана с нуклеиновыми кислотами. Поэтому многие ученые считают, что образование нуклеиновых кислот абиогенным путем и их последующее соединение с белками — необходимые предпосылки для возникновения живого с его способностью к обмену веществ и самовоспроизведению.

Очевидно, что все выше описанные процессы могли совершаться лишь в жидкой среде, т. е. море было первичной средой жизни, колыбелью живого на нашей планете.

С момента возникновения наипростейшие организмы попадали под действие естественного отбора, который и обеспечивая прогрессивное усложнение органического мира и рост многообразия его форм.

В современных условиях нашей планеты любые организмы, в том числе и самые простейшие, возникают только биогенным путем, т. е. путем размножения родительских организмов. Ошибочность представлений о возможности в настоящее время самозарождения простейших организмов установлена точными экспериментами Луи Пастера. Эти эксперименты нашли свое полное подтверждение в широкой практике стерилизации л пастеризации.

    Один из наиболее интересных опытов с коацерватными каплями состоял в том, что в коацерваты, образованные из гистона и гуммиарабика, вводили фермент фосфорилазу, а затем эти капли [c.195]

    В результате высаливания обычно возникают образования, похожие на коагуляты, — волокна, хлопья, творожистые осадки. Однако в некоторых случаях высаливание приводит к образованию капелек второй жидкой фазы — структурированной жидкости, приближающейся по свойствам к студню. Это явление носит название коацервации и характерно для ряда белков. Концентрация ВМС в коацерватных каплях увеличивается, в остальном растворе — уменьшается, по сравнению с исходной. [c.316]

    ВМС в коацерватных каплях увеличивается, в остальном растворе — уменьшается, по сравнению с исходной. [c.304]

    Интенсивные исследования по изучению коацерватных капель как модели доклеточной организации были проведены А. И. Опариным с сотрудниками. Обычно коацерватные капли получают, сливая растворы противоположно заряженных коллоидов, например желатины и гуммиарабика, гистона и РНК, гистона и желатины и т.д. При смешивании исходно гомогенных растворов каждого компонента образуются сферические частицы. Концентрация полимеров в частице на один-два порядка выше, чем в окружающем растворе. Коацерватные капли отделены от раствора четко выраженной поверхностью, способны избирательно поглощать из среды некоторые вещества (аминокислоты, сахара, мононуклеотиды) и выделять в среду продукты протекающих в них реакций. [c.195]

Рис. 51. Синтез и гидролиз крахмала в коацерватной капле Ф) — фосфорилаза Фз — Р-амилаза (по Опарину, 1976)

    Довольно подробно изучено получение пористых полимерных структур методом температурного студнеобразования [84, 85], хотя этот метод и не нашел широкого распространения при формовании мембран. Сущность процесса заключается в том, что раствор полимера в малолетучем растворителе, полученный при температуре выше критической, охлаждают. При этом температура системы опускается ниже критической, система оказывается в области, ограниченной спинодалью, в результате чего распадается на фазы. В зависимости от концентрации полимера в исходном растворе характер, образующихся конденсационных структур может быть различным. При низких концентрациях полимера образуются сетчатые, а при высоких — ячеистые конденсационные структуры, причем процесс их образования является многостадийным. На первой стадии образования сетчатых структур из метастабильного раствора выделяются коацерватные капли, характеризующиеся повышенным содержанием полимера. Затем происходит коалесценция этих капель, приводящая к их укрупнению, в результате чего система теряет текучесть. [c.107]

    Исследования А. И. Опарина и Т. Н. Евреиновой показали, что коацерватные капли способны адсорбировать различные ферменты, что сказывается на характере действия последних. В частности, наблюдается снижение гидролитической активности адсорбированных ферментов. Одна из причин состоит в том, что коацерватные капли обладают повышенной вязкостью по сравнению с равновесной жидкостью, в которую они погружены. Уже из этого примера видно, что структурные особенности среды сильно сказываются на функциях сосредоточенных в ней ферментных систем. [c.59]

    Коацерватные капли А + равновесная жидкость Б [c.290]

    Равновесная жидкость А + коацерватные капли Б [c.290]

    Заключенные в коацерватной капле ферменты образуют локализованную метаболическую [c.291]

    Такие системы должны были приобрести свойства, которые способствовали бы их стабилизации и успешному использованию ресурсов окружающей среды, что помогало им уцелеть в отличие от менее приспособленных конкурентов. В силу особенностей своей физико-химической природы коацерватные капли отличаются не слишком высокой стабильностью и при изменении свойств окружающей среды склонны распадаться. Например, комплексный коацерват, образованный основными и кислыми макромолекулами, стабилен только при тех значениях pH, которые лежат между изоэлектрическими точками его компонентов [47]. Подобным же образом коацервация в смеси олеиновая кислота — вода происходит только в очень узком пределе концентраций хлористого калия. Чувствительность коацерватов к изменениям в среде еще раз свидетельствует о том, что между коацерватом и его окружением существует прямое взаимодействие. Это обстоятельство не обязательно должно было служить неблагоприятным фактором при эволюции протоклеток. В сущности, именно эта особенность и определила их дальнейшее совершенствование. За счет использования соответствующих факторов окружающей среды спонтанно возрастала стабильность систем, что само по себе служило движущей силой развития. [c.292]

    Б. Видимо, Вы имеете в виду микросферы и коацерватные капли  [c.307]

    Коацерватные капли обладают некоторыми свойствами, характерным и для живой протоплазмы можно говорить о наличии некоторой упорядоченности коллоидных частиц в такой капле, особенно при различи их электрических зарядов, о способности коацерватов избирательно адсорбировать вещества из окружающего раствора и за счет этого расти , увеличивать свои размеры. [c.220]

    В результате разделения типичного жидкого метастабильного раствора (2 а) на две фазы вначале образуются жидкие коацерватные капли дальнейшая десольватация, приводящая к переходу в высокоэластическое состояние (2 Ъ), обычно сопровождается частичной коалес- [c.30]

    Рассмотренный механизм распада раствора полимера на фазы соответствует области, лежащей между бинодалью и спинодалью. Этот механизм получил название ну к л е а ц ио и н о го, или механизма зароды шеобразовани я. Если же система соответствует области, ограниченной спинодалью, то возможен и другой механизм ее распада на фазы — спинодаль-ный. Возможность распада гомогенной системы на фазы по спинодальному механизму была теоретически обоснована Капом [33]. Ребиндер и Влодавец [25] высказали мнение, что разделение метастабильных жидких растворов на две фазы происходит не путем образования мельчайших зародышей стабильной фазы с последующим их ростом, а путем разделения гомогенной системы на сравнительно крупные области повышенной и пониженной концентрации, поверхностное нafяжeниe между которыми вначале очень мало. Возникшие таким образом частицы новой фазы вначале являются метастабильными жидкими растворами, и лишБ постепенно их концентрация достигает равновесного значейия. В результате разделения жидкого метастабильного раствора (область 2а на рис. 3.4) на две фазы вначале образуются жидкие коацерватные капли. Дальнейшая десольватация, [c.89]

    В нашу задачу не входит обсуждение вопроса о появлении и эволюции протобиологических систем. На этот счет имеется несколько точек зрения. Наиболее привлекательной из них можно считать гй потезу Опарина, который придает большое значение появлению коацерватов и в последнее время — фотохимическим окислительновосстановительным реакциям в них, протекающим с участием порфиринов. Возможность осуществления в коацерватных каплях окислительно-восстановительных реакций с участием хлорофилла, восстановленной формы аскорбиновой кислоты и красителя (метиловый красный), выступающего в роли окислителя, была доказана [c.15]

    Частицы высокомолекулярного соединения, входящие в состав коацерватных капель, по-видимому, отделены друг от друга тонкими гидратными оболочками. Об этом свидетельствует то, что явление ко-ацервацип обратимо. При изменении условий, вызвавших коацерва-цию (уменьшение концентрации электролита, изменение pH и температуры), коацерватные капли могут исчезать и система вновь переходит в однофазную. В то же время, изменяя условия в сторону усиления [c.474]

    Теория Опарина предполагает, что жизнь возникла в несколько стадий. Первая стадия — это процесс образования простейших углеводородов. Вторая стадия — освобождение углеводородов в атмосферу Земли, где они реагировали с парами воды, аммиаком и другими газами. Коротковолновое УФ-излучение и электрические разряды в атмосфере инициировали протекание этих реакций. УФ-излучение разлагало воду (фотоокисление) на водород и кислород. Водород уходил в космическое пространство, тогда как кислород окислял аммиак до молекулярного азота, а углеводороды — до спиртов, альдегидов, кетонов и органических кислот. Затем эти соединения с дождями выпадали из влажной, холодной атмосферы в моря и океаны, где они накапливались, а потом благодаря процессам полимеризации и конденсации становились близкими по строению к тем химическим соединениям, которые входят в состав живых организмов. Так возникли первые биологически активные химические полимерг-ные соединения, подобные белкам и нуклеиновым кислотам. На третьей стадии образовывались так называемые коацерватные (от лат. асегиаШз — скрученный) капли, которые, достигая определенной величины, становились способными к обмену с окружающей средой. Затем в ходе эволюции эти коацерватные капли приобрели способность к самостоятельному существованию, т. е. они обособились от среды, и в них стали протекать элементарные химические превращения. На четвертой стадии у коа-церватов совершенствовался химический обмен (первоначальный метаболизм), синтезировались и упорядочивались мембраны, происходила самосборка первичных носителей информации — нуклеопротеинов. [c.531]

    В метаболических процессах эобионтов, возможно, уже участвовали высокоэнергетические соединения. Липман [1158] заметил, что приложение энергии окислительно-восстановительных реакций для увеличения потенциала группы было первым событием на пути к жизни . Образование структурных элементов в сопротивляющихся разрушительному действию внешней среды коацерватных каплях, равно как и образование ранних нуклеиновых кислот, а также механизмов размножения, по-видимому, требовало высокоэнергетических соединений. Но мы ничего об этом не знаем. [c.72]

    При помощи ультрафиолетового микроскопа с люминесци-рующим экраном было показано, что концентрация нуклеиновых кислот в коацерватах становилась гораздо выше, чем в окружающей их и находящейся в равновесии с ними жидкости. Методом спектрофотометрии было показано, что в типичной сфзрической коацерватной капле диаметром 29 мкм концентрация нуклеиновых кислот составляла 0,76%, что примерно в 15 раз превышало их концентрацию в среде. [c.289]

    Было показано, что коацерватные капли способны концентрировать ферменты, избирательно поглощая их из окружающей водной среды [51]. В типичном эксперименте коацерваты готовили из гуммиарабика и протаминсульфата в растворе, содержащем лизат бактерий в фосфатном буфере. В этом лизате каталазная ак-ТТ.ЕКССТЬ была очень высокой. В систему добавляли перекись воде рсда, и активность фермента определяли титрованием перманганатом калия. Фермент можно инактивировать добавлением раз-ьеденной серной кислоты. Были приготовлены соответствующие снеси коацерватов, содержащие аюивный и неактивный фермент, t. каждом случае коацерваты отделяли центрифугирование. и вновь смешивали с равновесной средой. Данные этого эксперимента суммированы в табл. 29. Результаты свидетельствуют о том. [c.289]

    Блуа [5] о беспорядочных полимерах и Опарина [23] о реакциях обмена в коацерватных каплях дают ясное представление о трудностях экспериментирования в этой области. [c.131]

    Наиболее естественным механизмом построения оболочек клеток, образования дискретных порций живого вещества в водной среде, является создание гидрофобных границ раздела. Поскольку речь идет об отграничении гидрофильных биохимических систем (ферменты, матричные молекулы и другие основные биохимические компоненты по необходимости гидрофильны) от окружающей водной среды, первичная гидрофобная граница могла образовываться лищь детергентами, т. е. веществами-пиб-ридами, содержащими гидрофильные группы, обращенные внутрь клетки, и гидрофобные группы, обращенные наружу. Таким образом, появление дискретных форм жизни — особей, клеток сопряжено с возникновением системы синтеза биодетергентов (например, фосфолипидов). Замечательным свойством детергентов является их способность образовывать дискретные структуры (пленки, мицеллы, коацерватные капли, пузыри, пену [94, 261, 422]. Эта способность обусловлена взаимодействием сравнительно небольших молекул детергентов друг с другом и с молекулами среды посредством ван-дер-ваальсовых и электростатических сил. Эволюционная необходимость детергентов и липидов, возможная роль коацерватных структур, появляющихся в смесях детергентов и белков в процессе возникновения жизни, рассмотрены А. И. Опариным и сотрудниками [94, 261]. [c.89]

    С. Фокс, охлаждая растворенные в воде протеииоиды, получил микроскопические частицы, названные им микросферами, которые обладали определенной внутренней организацией и рядом интересных, с биологической точки зрения, свойств. Голландский исследователь X. Г, Б. де Ионг (Н. G. В. de Jong), смешивая раствор гуммиарабика и желатины, наблюдал формирование микроскопических структур, названных им коацерватными каплями. Позднее было показано, что коацерваты возникают в результате объединения различных полимеров, например полипептидов и полинуклеотидов, при этом для получения коацерватов основное значение имеет не специфичность внутримолекулярного строения образующих их компонентов, а степень их полимеризации. Такие пространственно обособленные открытые системы, построенные из полимеров и обладающие, как это будет лока-зано, способностью к росту и отбору, были названы протоклетками, или протобионтами (пробионтами). Рассмотрим коротко некоторые свойства микросфер, взяв их в качестве модели протоклетки, поскольку весь ход предыдущего изложения позволяет представить процесс эволюции в виде следующих последовательных этапов ами-нокислоты->протеиноиды->микросферы (протоклетки) первичные клетки- — современные прокариотные клетки. [c.169]

    Один из наиболее интересных опьтов с коацерватными каплями состоял в том, что в коацерваты, образованные из гистона и гуммиарабика, вводили фермент фосфорилазу, а затем эти капли помещали в раствор глюкозо-1-фосфата. Коацерватные капли поглощали из раствора глюкозо-1-фосфат, и в них осуществлялось ферментативное превращение глюкозо-1-фосфата в крахмал, за счет скопления которого увеличивались размеры капли. Если в коацерватные капли вводить два фермента (фосфорилазу и р-амилазу), то в них имеет место последовательное ферментативное превращение глюкозо-1-фосфата в [c.170]

    Крахмал и крахмала в мальтозу, которая диффундирует из капли б раствор (рис. 54). Из (Приведенного примера наглядно видно, что коацерватные капли являются хорошей моделью открытой системы. Они способны поглощать из окружающей среды вещества и энерпию,. преобразовывать их в продукты синтеза или распада продукты синтеза входят в состав капли, обеспечивая ее рост, а продукты распада выделяются в среду. Скорости ферментативных реакций в коацерватных каплях существенно выше, чем в гомогенных растворах. Особенно четко различие в скоростях проявляется при сочетании действия двух ферментов. Опыты с коацерватами показали важность надмоле-кулярной структурной организации в живых системах и, в частности, ее значение для функционирования клеточных катализаторов. [c.171]

    Благодаря тому что концентрация веществ в коацерватных каплях была в десятки раз больше, чем в окружающем растворе, возможность взаимодействия между отдельными молекулами значительно возрастала. Известно, что молекулы многих веществ, в частности полипептидов и жиров, состоят из частей, обладающих разным сродством к воде. Более водолюбимые , так называемые гидрофильные, части молекул, расположенные на границе между коацерватами и раствором, поворачиваются в сторону раствора, где содержание воды больше. Водоотталкивающие, так называемые гидрофобные, части ориентируются внутрь коацерватов, где концентрация воды меньше. [c.221]

    Таким образом, все перечисленные особенности коацерватов обеспечивали возможность осуществления в них разнообразных и быстро протекающих (по сравнению со скоростью, имевшей место в растворе) реакций. Коацерватные капли становились системами, обособленными от среды, обладавшими полимолекулярными индивидуал ьными свойствами. Одни из них оказывались более устойчивыми, другие — менее резистентными в отношении воздействия окружающих условий. Одни из них гибли, исчезали, другие сохранялись дольше. Даже в этой стадии становления живого проявлялась общая закономерность — естественный отбор, т. е. сохранение одних форм и элиминация других. [c.221]

Микробиология Издание 4 (2003) — [

c.194

]

Происхождение жизни Естественным путем (1973) — [

c.131

,

c.133

,

c.176

,

c.177

]

Микробиология Изд.2 (1985) — [

c.170

]